燃烧气化燃料而产生动力的设备和方法技术

一种从液态燃料源产生动力的设备。该设备包括：至少一个有一入口端部和一出口端部的毛细流动通道，该入口端部与液态燃料源成流体连通；一个沿该至少一个毛细流动通道安置的热源，该热源能将毛细流动通道中的液态燃料加热到将其至少一部分从液态变为气态的水平，并从该至少一个毛细流动通道的出口输送一股基本上气化的燃料；一个用于燃烧该基本上气化的燃料的蒸汽和空气的燃烧室，该燃烧室与该至少一个毛细流动通道的出口端部连通；以及一个可以操作而将燃烧室中燃烧所释放的热量转换成机械动力或电力的转换装置。该转换装置能够产生高达５，０００瓦的机械动力或电力。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及产生动力的设备及其使用方法。 一种优选设备能够包括一个向输出高达510kg-m/sec ( 5， 000瓦)的机械动力和/或电力的动力转换装置供给热量的供应液态燃料的燃烧室。
技术介绍
最近几年，对边远地区服务的便携式电子设备、通讯装置、医药 设备和其它装备提供动力的需求不断增长，增加了对高效的移动式动 力系统的要求。这些用途要求动力源能提供高功率和高的能量密度， 同时还要求尽可能小的体积和重量、低的排出物和低成本。迄今为止，蓄电池是供给便携式能源的主要机构。但是，由于再 充电所需的时间，已经证明蓄电池对于连续使用的用途是不方便的。 此外，便携式蓄电池一般限于产生几毫瓦至几瓦的功率，因而不能考 虑用于高水平的轻量的移动式的动力生产的要求。也已用到内燃机作动力的小型发电机，不管是汽油作燃料还是柴 油作燃料。但是，此类发电机的噪声和排出物的特性使它们完全不适 用于范围广泛的移动式动力系统并对室内用途不安全。虽然用高能量 密度的液态燃料做动力的传统的热发动机提供尺寸方面的优点，但热 力学温标的使用和成本的考虑往往喜欢将其用于较大的动力站。鉴于这些因素，还缺乏约5.1~51 kg-m/sce (50~ 500瓦)范围 的动力系统。而且，为了采用高能量密度液态燃料的优点，需要能够 使用低燃料供给速率的改进的燃料制备和输送系统。此外，此类系统 必须也能进行具有最少排出物的高效燃烧。美国专利No. 5， 127， 822中提出一种其中用超声雾化装置来雾化 燃料的燃烧装置。按照该专利，提出的雾化器能以细雾滴形式向燃烧 室供应燃料，从而加速燃料的气化和减小获得可接受的燃烧效率所需的燃烧器停留时间。美国专利No. 5，127， 822提出一种以5 cc/分钟的速度供应燃料和 将燃料雾化成具有40 pm的Sauter平均直径(SMD )的液滴的装置。 美国专利No. 6, 095, 436和No. 6， 102， 687中提出了其它雾化才支术。美国专利No. 4, 986, 248中提出了 一种将燃料供应到内燃机的超声雾 化器。美国专利No. 4, 013, 396提出一种燃料气溶胶化的设备，其中将 碳氢化合物燃料(如汽油、燃料油、煤油等)配送入冷凝区域，预定 形成一种尺寸相当均匀的直径小于1 pm的液滴的气溶胶化的燃料。该气溶胶化的燃料预定与空气混合而提供一种所要的空气-燃料 比，并在加热的燃烧器的燃烧区中燃烧， 一个热交换器将热量从该燃 烧的燃料转移到载热介质如空气、气体或液体。美国专利No. 5, 472, 645中提出一种燃料气化装置，据说能解 决与内燃机中燃料气溶胶的不完全燃烧有关的问题。按照美国专利No. 5, 472, 645,因为气溶胶燃料液滴不会在内燃机中点火和完全燃 烧，所以未燃烧的燃料残余物从发动机中作为污染物如碳氢化合物 (HC)、 一氧化碳和带有伴生的氮氧化物(N0x)的醛类而从发动机 排出。美国专利No. 5, 472, 645的建议预期能通过将液态燃料破碎 成含有带高分子量的碳氢化合物的某些未气化的气溶胶的气化元素 或气相元素的空气-燃料流而改善气溶胶燃料的燃烧，据说较轻的燃 料蒸馏物迅速蒸发成气相，与空气混合而续入内燃机，而较重的燃 料部分据说在其离开一旋流室涡流装置之前变为气相的气态而进入 发动机的吸气歧管。美国专利No. 4， 344, 404提出一种向内燃机或燃烧器供应与空气 混合的气溶胶燃料液滴的设备，据说燃料液滴的粒径为0. 5~1.5 nm。 气溶胶形式的液态燃料预定与空气混合，空气/燃料比为约18: 1，从而 从发动机产生极少的CO、 HC和N0x。已经提出各种装置，用来将燃料加热到成为被燃烧器燃烧的气态 燃料。例如参见美国专利No. 4, 193, 755 ; No. 4,320, 180; No. 4, 784, 599。美国专利No. 3,716,416公开一种预期用于燃料电池系统中的燃 料计量装置。该燃料电池系统预期是自动调节的，在一预定水平产生 电力。该提出的燃料计量系统包括一个毛细管流动控制装置，用于根 据燃料电池的电力输出而调节燃料流量，而不是为随后的燃烧提供改 善的燃料制备。相反，燃料预定送入燃料重整炉，以便转换为H2，然 后送入燃料电池。在一优选实施例中，毛细管用金属制成，毛细管本身用作电阻器而与燃料电池的电力输出端成电接触。因为蒸汽的流动 阻力大于液体，所以当电力输出增大时，流量受到节制.建议使用的 燃料包括通过加热易于从液相变为汽相而自由地通过毛细管流动的任 何流体。气化似乎以在汽车发动机中产生汽锁的方式而达到。美国专利No. 6, 276, 347提出一种达到液体的雾化或气化的超临 界或近超临界的雾化器和方法。据说美国专利No. 6, 276, 347的超临 界雾化器能利用重燃料来开动通常燃烧汽油的小型轻量的低压缩比的 火花点火活塞发动机。雾化器预期通过使燃料移向其超临界温度和将 燃料释放入与燃料关联的相图中气态稳定区上一低压区中的燃料而从 液态燃料或似液态燃料产生细液滴喷雾，从而产生燃料的细雾化或气 化。公开的用途为内燃机、科学设备、化学工艺、废物处理控制、清 除、蚀刻、昆虫控制、表面改性、增湿和气化。为了尽可能减小分解，美国专利No. 6， 276， 347提出将燃料保持 在超临界温度以下，直到通过雾化限流器的远端。对某些用途，需要 仅仅加热限流器的尖端来尽可能减小化学反应或沉淀的可能性。也就 是减少与杂质、反应剂或燃料流中的物质有关的问题，否则这些物体 往往会从溶液中出来而堵塞管线和过滤器。在或近超临界压力处工作 建议该燃料供应系统在21.1~56. 2 kg/cm2 ( 300 ~ 800 psig)范围内 操作，虽然使用超临界压力和温度可以减小雾化器的堵塞，但似乎需 要使用一个相对地较贵的燃料泵以及能够在这些升高压力下操作的燃 料管线、配件等。美国专利No. 4, 638, 172; No. 5, 836, 150; No. 5, 874, 798; No. 5, 932, 940; No. 6, 109, 222; No. 6， 198， 038中提出了动力转换装置。 其中，美国专利No. 4， 638，172提出一种操作上联接在小型内燃机上 的直流发动机，据说该发动机的输出为4V和150 mA到IIOV和大于250 mA之间。美国专利No. 5， 836，150提出一种微推力和热发生器，该发 生器能用作微机加工的涡轮发动机的推力源。美国专利No. 5, 874, 798 提出一种微涡轮发动机装置，其中将空气送入该装置来发电，以用于 便携式电子产品。美国专利No. 5, 932, 940提出一种包括一燃料室的 微燃气轮机，用于驱动一微型发动机，该发动机预期输出1.0~3. 1 kg-m/sec (10~30瓦)电力，用来代替便推式电子装置中的蓄电池而 产生同一重量和体积的蓄电池的电力的20倍(例如代替用于便携式计算机、无线电、电话、电动工具、加热器、冷却器、军事用途等)。美国专利No. 6，109， 222提出一种微型热发动机，预期发电1.0~3. 1 kg-m/sec (10~30瓦)其中通过一个周期燃烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从液态燃料源产生动力的设备，包括：　（ａ）至少一个有一入口端部和一出口端部的毛细流动通道，所述入口端部与该液态燃料源成液体连通；　（ｂ）一个沿所述至少一个毛细流动通道安置的热源，所述热源用以将所述至少一个毛细流动通道中的 液态燃料加热到足以将其至少一部分从液态变为气态的程度，并从所述至少一个毛细流动通道的所述出口端部输送一股气化的燃料流；　（ｃ）一个用于燃烧该股气化的燃料流和空气的燃烧室，所述燃烧室与所述至少一个毛细流动通道的所述出口端部连通；以及　 　（ｄ）一个转换装置，用以将由所述燃烧室中的燃烧所释放的热量转换成机械动力和电力，所述转换装置包括一个装有发电机的斯特林发动机，其中所述转换装置输出高达５０００瓦电力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RO佩利扎里，
申请(专利权)人：菲利普莫里斯美国公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]